(57)【要約】  複数気筒のそれぞれにおいて周期的な失火現象が発生していることを検出した場合、燃料性状が標準的な燃料よりも悪化した低セタン価燃料が使用されていると判定する。低セタン価燃料が使用されていると判定した場合、パイロット噴射の噴射時期を進角側に補正し、パイロット噴射の噴射時期とメイン噴射の噴射時期との間のインターバルを拡大する。これにより、予混合燃焼が適正に行われなかったとしても、メイン噴射での燃焼に与える影響は小さくなり、このメイン噴射で噴射された燃料の燃焼が確実に行われることになって、排気エミッションの改善及びエンジントルクの十分な確保が可能となる。
2011111204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁からの燃料噴射動作として、少なくとも、主噴射と、この主噴射に先立って行われ且つ気筒内の予熱に寄与する副噴射とが実行可能な圧縮自着火式の多気筒内燃機関の燃焼制御装置において、
上記内燃機関の過渡運転時、各気筒それぞれで繰り返される燃焼行程において失火現象を伴う燃焼行程が現れたことを認識する失火認識手段と、
上記失火認識手段によって上記少なくとも２つの気筒のそれぞれにおいて失火現象を伴う燃焼行程が周期的に現れたことが認識されたことを条件として、使用している燃料が、標準的な燃料の性状に対して着火性が劣悪な性状のものであると判定する燃料性状判定手段と、
上記燃料性状判定手段によって上記着火性が劣悪な性状の燃料が使用されていると判定された場合に、上記周期的に現れる失火現象を解消するための失火解消燃料噴射動作を実行する燃料噴射制御手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射制御手段は、上記副噴射の噴射時期を進角側に補正するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射制御手段は、上記主噴射の噴射時期も進角側に補正するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射制御手段は、上記副噴射での噴射量を増量補正するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項５】
請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記失火認識手段は、上記内燃機関の出力軸の回転速度が所定回転速度よりも低くなった際に燃焼行程を迎えていた気筒、または、燃焼行程を迎えているにも拘わらず出力軸の回転加速度が低下している気筒において失火現象が発生していると認識するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項６】
請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料性状判定手段は、以下の２つの条件、
（１）上記少なくとも２つの気筒のそれぞれにおいて失火現象を伴う燃焼行程が周期的に現れたこと、
（２）上記失火現象を伴う燃焼行程が周期的に現れた気筒において、失火現象を伴う燃焼行程の次のサイクルの燃焼行程における熱発生率のピーク値が、失火現象を伴わない燃焼行程の次のサイクルの燃焼行程における熱発生率のピーク値に対して同等以上であること、
が共に成立した場合に、使用している燃料が、標準的な燃料の性状に対して着火性が劣悪な性状のものであると判定するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項７】
請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射弁に供給される燃料を貯留した燃料タンク内の燃料量を検出する燃料量検出手段を備え、
上記燃料性状判定手段によって上記着火性が劣悪な性状の燃料であると判定されていた場合、上記燃料量検出手段によって検出される燃料タンク内の燃料量が増量するまでの間、上記判定を維持し、これにより、上記燃料噴射制御手段による上記失火解消燃料噴射動作を維持するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項８】
請求項７記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料量検出手段によって検出される燃料タンク内の燃料量が増量した場合、燃料供給系に残存していた燃料が消費された後に、上記燃料性状判定手段による燃料性状の判定結果を解除し、再び、上記失火現象を伴う燃焼行程が周期的に現れたか否かを認識して、上記燃料性状判定手段による燃料性状の判定動作を行うよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項９】
請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射弁に供給される燃料を貯留した燃料タンク内の燃料量を検出する燃料量検出手段を備え、
上記燃料性状判定手段によって上記着火性が劣悪な性状の燃料であると判定されていた場合、上記燃料量検出手段によって検出される燃料タンク内の燃料量が増量するまでの間、上記判定を維持しながら、上記失火解消燃料噴射動作における補正量を徐変させていくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項１０】
請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射制御手段は、上記少なくとも２つの気筒のそれぞれにおいて失火現象を伴う燃焼行程が周期的に現れた場合、この周期的に現れる失火現象を解消するための失火解消燃料噴射動作における補正量を徐変させていくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記失火解消燃料噴射動作における補正量の徐変量は、周期的に失火現象が現れている気筒数が多いほど、または、周期的な失火現象の出現頻度が高いほど大きく設定されることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項１２】
請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
複数気筒のうちの１つの気筒においてのみ失火現象を伴う燃焼行程が周期的に現れた場合、吸気系または燃料噴射系の故障であると判断してフェールセーフ動作を実行するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンに代表される圧縮自着火式の内燃機関の燃焼制御装置に係る。特に、本発明は、内燃機関に使用されている燃料の性状に応じた燃焼制御の改良に関する。尚、本明細書における「燃料性状」とは、燃料の着火のし易さであって、例えばディーゼルエンジンに使用される軽油の場合、セタン価を指標として燃料性状が規定されることになる。また、以下で言う「燃料性状が劣悪」とは、着火し難い燃料性状であることを意味し、具体的に軽油の場合には標準的な軽油（例えばセタン価が「５０」程度のもの）よりもセタン価が低いことを言う。
【背景技術】
【０００２】
従来から周知のように、自動車用エンジン等として使用されるディーゼルエンジンの燃焼は、主として予混合燃焼と拡散燃焼とにより成り立っている（例えば下記の特許文献１を参照）。インジェクタから燃焼室内への燃料噴射が開始されると、先ず、燃料の気化拡散により可燃混合気が生成される（着火遅れ期間）。次に、この可燃混合気が燃焼室の数ヶ所でほぼ同時に自己着火し、急速に燃焼が進む（予混合燃焼）。更に、燃焼室内への燃料噴射が継続され、燃焼が継続的に行われる（拡散燃焼）。その後、燃料噴射が終了した後にも未燃燃料が存在するため、しばらくの間、熱発生が続けられる（後燃え期間）。【０００３】
また、ディーゼルエンジン等のように希薄燃焼を行うエンジンでは、高い空燃比（リーン雰囲気）の混合気を燃焼させる運転領域が全運転領域の大部分を占めているため、窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）が比較的多く排出されることが懸念される。また、燃焼室内での燃焼時において、混合気の不完全燃焼が生じた場合、排気ガス中にスモークが発生し排気エミッションの悪化を招いてしまうことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１５６５１９号公報
【特許文献２】特開２００４−３４００２６号公報
【特許文献３】特開２００７−４６５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃焼行程中における拡散燃焼での熱発生量が増大した場合、言い換えると、燃焼行程中における拡散燃焼領域が拡大した場合、ＮＯｘの発生量やスモークの発生量が増大してしまう可能性がある。このため、燃焼行程中における予混合燃焼領域を拡大して、ＮＯｘの発生量やスモークの発生量を抑制することが考えられる。【０００６】
しかし、この予混合燃焼領域を拡大させた場合、燃焼の安定性の面で不具合を招く可能性がある。具体的に説明すると、燃料噴射前の筒内圧力を低く設定したり燃料噴射前の筒内酸素濃度を低く設定したりすることで予混合燃焼領域を拡大させようとする場合、その予混合燃焼の着火性に不具合を招く可能性がある。より具体的には、例えば車両に搭載されるエンジンの場合、車両加速要求等の過渡時には過給装置による過給遅れが原因で筒内圧力の不足を招き、予混合燃焼の着火性が悪化する可能性がある。また、車両減速等の過渡時には気筒内の酸素濃度不足（例えばＥＧＲ量の減量動作の遅れ等に起因する酸素濃度不足）が原因で予混合燃焼の着火性が悪化する可能性がある。【０００７】
このような予混合燃焼の着火性の悪化を招く主たる原因の一つとして、使用している燃料（インジェクタから噴射される燃料）の性状が挙げられる。例えば上記軽油を燃料とする場合、燃料のセタン価によって予混合燃焼の着火性は大きく左右される。この燃料中に含まれるセタン（ｎ−セタン（Ｃ16Ｈ34））は、筒内圧力が比較的低い場合や筒内温度が比較的低い場合であっても着火が可能な成分であって、このセタン量が多いほど気筒内での低温酸化反応が進み易く着火遅れが抑制されることになる。つまり、セタン価が高い燃料ほど着火性が良好であり、予混合燃焼の着火遅れが小さくなる。逆に、セタン価が低い燃料（性状が劣悪な燃料）では、予混合燃焼の着火遅れが大きくなり、燃焼室内での適正な燃焼が行われず、排気エミッションの悪化や、エンジンのトルク不足等といった不具合を招く可能性がある。【０００８】
燃料のセタン価を判別して燃焼形態を制御するものとして特許文献２及び特許文献３が提案されている。特許文献２のものでは、筒内圧によるエンジン加振力を検出し、そのエンジン加振力とセタン価との相関データに基づいてセタン価を判別する。そして、セタン価に応じて燃料噴射時期を制御するようにしている。また、特許文献３のものでは、燃焼の着火遅れに応じてセタン価を推定し、その推定したセタン価に基づいて燃料噴射時期を補正するようにしている。【０００９】
しかし、何れの特許文献の技術も燃料性状の判定の信頼性に乏しいものである。つまり、燃料性状以外の要因によってもエンジン加振力や燃焼の着火遅れは大きく変化するものであり、これらエンジン加振力や燃焼の着火遅れによるセタン価判定手法では、誤判定を招いてしまう可能性がある。このため、より高い信頼性をもって燃料性状を判定し、その判定結果に従って燃焼室内での燃焼形態を制御する手法が求められていた。【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関に使用されている燃料の性状を高い精度で判定し、その判定結果に基づいて適正な燃焼形態が得られるようにする内燃機関の燃焼制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、燃料性状が劣悪である場合に現れる特有の現象を捉えること、具体的には、複数の気筒それぞれにおける周期的な失火現象の発生を捉えることにより燃料性状が劣悪であることを判定し、その判定結果に応じて、適正な燃焼形態が得られる制御動作を行うようにしている。【００１２】
−解決手段−
具体的に、本発明は、燃料噴射弁からの燃料噴射動作として、少なくとも、主噴射と、この主噴射に先立って行われ且つ気筒内の予熱に寄与する副噴射とが実行可能な圧縮自着火式の多気筒内燃機関の燃焼制御装置を前提とする。この燃焼制御装置に対し、失火認識手段、燃料性状判定手段、燃料噴射制御手段を備えさせている。失火認識手段は、上記内燃機関の過渡運転時、各気筒それぞれで繰り返される燃焼行程において失火現象を伴う燃焼行程が現れたことを認識する。上記燃料性状判定手段は、上記失火認識手段によって上記少なくとも２つの気筒のそれぞれにおいて失火現象を伴う燃焼行程が周期的に現れたことが認識されたことを条件として、使用している燃料が、標準的な燃料の性状に対して着火性が劣悪な性状のものであると判定する。上記燃料噴射制御手段は、上記燃料性状判定手段によって上記着火性が劣悪な性状の燃料が使用されていると判定された場合に、上記周期的に現れる失火現象を解消するための失火解消燃料噴射動作を実行する。【００１３】
この失火解消燃料噴射動作としては、上記副噴射の噴射時期を進角側に補正する動作、この副噴射の噴射時期を進角側に補正する動作に併せて上記主噴射の噴射時期も進角側に補正する動作、上記副噴射での噴射量を増量補正する動作が挙げられる。【００１４】
本発明の発明者は、燃料性状が劣悪である場合に現れる特有の現象として、複数の気筒における周期的な失火現象の存在を見出した。そして、本解決手段では、このような現象が現れた場合には、使用している燃料が、標準的な燃料に対して着火性が劣悪な性状のものであると判定するようにしている。このような周期的な失火現象の有無によって燃料性状を判定することにより、その判定の信頼性を高めることが可能になる。そして、着火性が劣悪な性状の燃料であると判定された場合には、上記副噴射の噴射時期を進角側に補正するなどの失火解消燃料噴射動作を実行する。つまり、内燃機関の過渡時において、予混合燃焼の着火遅れ量が大きくなる状況であっても、その後に行われるべき拡散燃焼に対しての悪影響を抑制でき、燃焼室内での適正な燃焼を可能にしている。その結果、排気エミッションの改善や内燃機関の出力の十分な確保を図ることができる。【００１５】
上記失火認識手段による失火現象の認識動作として具体的には、上記内燃機関の出力軸の回転速度（以下、角速度と呼ぶ場合もある）が所定回転速度よりも低くなった際に燃焼行程を迎えていた気筒、または、燃焼行程を迎えているにも拘わらず出力軸の回転加速度（以下、角加速度と呼ぶ場合もある）が低下している気筒において失火現象が発生していると認識するようにしている。【００１６】
このように内燃機関の出力軸の角速度や角加速度に基づいて失火現象の発生の有無を認識するようにした場合、上記角速度や角加速度の検出は既存の出力軸回転速度センサ（クランクポジションセンサ）を利用して行うことができる。このため、燃料性状を判定するための特別なセンサを必要とすることがなく、コストの高騰を招くことがなくなる。【００１７】
上記燃料性状判定手段による判定動作として、より具体的には以下のものが挙げられる。つまり、以下の２つの条件、
（１）上記少なくとも２つの気筒のそれぞれにおいて失火現象を伴う燃焼行程が周期的に現れたこと、
（２）上記失火現象を伴う燃焼行程が周期的に現れた気筒において、失火現象を伴う燃焼行程の次のサイクルの燃焼行程における熱発生率のピーク値が、失火現象を伴わない燃焼行程の次のサイクルの燃焼行程における熱発生率のピーク値に対して同等以上であること、
が共に成立した場合に、使用している燃料が、標準的な燃料の性状に対して着火性が劣悪な性状のものであると燃料性状判定手段が判定する。【００１８】
性状が劣悪な燃料を使用した場合に上記の２つの条件が成立する理由は次のとおりである。尚、以下の説明では燃料が軽油の場合であって、性状が劣悪な燃料とは低セタン価燃料である場合について述べる。【００１９】
低セタン価燃料を使用している場合、加速時や減速時などの過渡運転時には、燃焼室内の圧力不足や酸素濃度不足等が原因で、予混合燃焼の着火遅れが次第に大きくなっていき、この着火遅れ量が所定量を超えた時点では、その後に行われるべき拡散燃焼に対して悪影響を及ぼすことで失火を招いてしまう。このようにして失火が発生すると、その燃焼行程（実際には燃焼が行われなかった燃焼行程）において燃料噴射弁から噴射された燃料が気筒内に残留することになる。この残留燃料の中には低温酸化反応が良好に行える成分であるセタン（ｎ−セタン（Ｃ16Ｈ34））が含まれている。つまり、次回の同一気筒（失火が発生した気筒）の燃焼行程にあっては、残留燃料（残留するセタンを含む燃料）に対して更に燃料（セタンを含む燃料）が供給されることになり、この際の燃焼室内でのセタン量が増量された状態となる。即ち、通常の燃焼行程（燃焼行程において失火が発生しなかった場合の燃焼行程）でのセタン量に対して、多量のセタンが存在した状態での燃焼行程となる。このため、この燃焼行程（前回の燃焼行程において失火が発生していた今回の燃焼行程）では、低温酸化反応が急速に進み、着火遅れ量が小さい状態で予混合燃焼が行われることになる。この予混合燃焼によって筒内の予熱が十分に行われるため、その後の拡散燃焼も良好に行われることになる。そして、この場合の熱発生率の極大値（ピーク値）としては、通常の燃焼行程（前回の燃焼行程において失火が発生しなかった場合の今回の燃焼行程）での極大値よりも大きくなる傾向となる。【００２０】
このように、上記２つの条件は、性状が劣悪な燃料を使用した場合に特有の現象として現れる。従って、これら条件に従って燃料性状を判定することにより、燃料性状判定の信頼性をよりいっそう高めることができ、燃料性状に応じた副噴射の噴射時期を適正に補正することが可能となる。【００２１】
また、上記燃料噴射弁に供給される燃料を貯留した燃料タンク内の燃料量を検出する燃料量検出手段を備えさせ、上記燃料性状判定手段によって上記着火性が劣悪な性状の燃料であると判定されていた場合、上記燃料量検出手段によって検出される燃料タンク内の燃料量が増量するまでの間、上記判定を維持し、これにより、上記副噴射時期補正手段による上記副噴射の噴射時期の進角側への補正を維持するようにしている。【００２２】
この場合、上記燃料量検出手段によって検出される燃料タンク内の燃料量が増量した場合には、燃料供給系に残存していた燃料が消費された後に、上記燃料性状判定手段による燃料性状の判定結果を解除し、再び、上記失火現象を伴う燃焼行程が周期的に現れたか否かを認識して、上記燃料性状判定手段による燃料性状の判定動作を行うようにする。【００２３】
燃料タンク内の燃料量が増量しない限り、この燃料タンク内に新たな燃料は給油されていないと判断することができる。つまり、燃料噴射弁から燃焼室に噴射されている燃料の性状が変化するといった状況は生じないことになる。このため、一旦、着火性が劣悪な性状の燃料が使用されていると判定された後には、上記燃料量検出手段によって検出される燃料タンク内の燃料量が増量するまでの間は、着火性が劣悪な性状の燃料が燃料噴射弁から噴射されていることになるので、上記燃料噴射制御手段による失火解消燃料噴射動作を維持する。【００２４】
一方、上記燃料量検出手段によって検出される燃料タンク内の燃料量が増量した場合、つまり、燃料タンク内に新たな燃料が給油された場合、その燃料が性状の劣悪なものであるか否かの判定を行って、上記失火解消燃料噴射動作を維持するか否かを判断する必要がある。このため、上記燃料量検出手段によって検出される燃料タンク内の燃料量が増量した場合には、再び上記燃料性状の判定動作を行うことになる。【００２５】
また、上記燃料噴射弁に供給される燃料を貯留した燃料タンク内の燃料量を検出する燃料量検出手段を備え、上記燃料性状判定手段によって上記着火性が劣悪な性状の燃料であると判定されていた場合、上記燃料量検出手段によって検出される燃料タンク内の燃料量が増量するまでの間、上記判定を維持しながら、上記失火解消燃料噴射動作における補正量を徐変させていくようにする。【００２６】
また、上記燃料噴射制御手段を、上記少なくとも２つの気筒のそれぞれにおいて失火現象を伴う燃焼行程が周期的に現れた場合、この周期的に現れる失火現象を解消するための失火解消燃料噴射動作における補正量を徐変させていく構成とする。この場合、例えば、上記失火解消燃料噴射動作における補正量の徐変量は、周期的に失火現象が現れている気筒数が多いほど、または、周期的な失火現象の出現頻度が高いほど大きく設定される。【００２７】
更に、複数気筒のうちの１つの気筒においてのみ失火現象を伴う燃焼行程が周期的に現れた場合、吸気系または燃料噴射系の故障であると判断してフェールセーフ動作を実行するようにしている。【００２８】
つまり、吸気系または燃料噴射系の故障である場合には、予め規定されたフェールセーフ動作を実行することによって失火を解消するようにしている。この場合の具体的な診断動作として、先ず、吸気系の故障診断を行い、吸気系を構成する各機器が何れも正常であった場合には、燃料噴射系の故障であると判断することになる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明では、少なくとも２つの気筒のそれぞれにおいて失火現象を伴う燃焼行程が周期的に現れた場合に燃料性状が劣悪であると判定し、それに応じて燃料噴射形態を補正している。これにより、燃料性状判定の信頼性を高めることが可能になり、その燃料性状に応じた燃焼形態が実現可能になって排気エミッションの改善や十分なエンジントルクの確保を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、実施形態に係るエンジン及びその制御系統の概略構成図である。
【図２】図２は、ディーゼルエンジンの燃焼室及びその周辺部を示す断面図である。
【図３】図３は、ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、燃焼行程時の熱発生率（クランク軸の単位回転角度当たりの熱発生量）の変化及び燃料噴射率（クランク軸の単位回転角度当たりの燃料噴射量）の変化をそれぞれ示す波形図である。
【図５】図５は、一つの気筒において繰り返される燃焼行程での熱発生率の推移を示す波形図である。
【図６】図６は、パイロット噴射の噴射時期補正解消動作の手順を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒（例えば直列４気筒）ディーゼルエンジン（圧縮自着火式内燃機関）に本発明を適用した場合について説明する。
【００３２】
−エンジンの構成−
先ず、本実施形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）の概略構成について説明する。図１は本実施形態に係るエンジン１及びその制御系統の概略構成図である。また、図２は、ディーゼルエンジンの燃焼室３及びその周辺部を示す断面図である。
【００３３】
図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１は、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、排気系７等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。
【００３４】
燃料供給系２は、サプライポンプ２１、コモンレール２２、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、遮断弁２４、燃料添加弁２６、機関燃料通路２７、添加燃料通路２８等を備えて構成されている。
【００３５】
上記サプライポンプ２１は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２７を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、サプライポンプ２１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３に分配する。インジェクタ２３は、その内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備え、適宜開弁して燃焼室３内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。このインジェクタ２３からの燃料噴射制御の詳細については後述する。
【００３６】
また、上記サプライポンプ２１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路２８を介して燃料添加弁２６に供給する。添加燃料通路２８には、緊急時において添加燃料通路２８を遮断して燃料添加を停止するための上記遮断弁２４が備えられている。
【００３７】
また、上記燃料添加弁２６は、後述するＥＣＵ１００による添加制御動作によって排気系７への燃料添加量が目標添加量（排気Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆとなるような添加量）となるように、また、燃料添加タイミングが所定タイミングとなるように開弁時期が制御される電子制御式の開閉弁により構成されている。つまり、この燃料添加弁２６から所望の燃料が適宜のタイミングで排気系７（排気ポート７１から排気マニホールド７２）に噴射供給される構成となっている。
【００３８】
吸気系６は、シリンダヘッド１５（図２参照）に形成された吸気ポート１５ａに接続される吸気マニホールド６３を備え、この吸気マニホールド６３に、吸気通路を構成する吸気管６４が接続されている。また、この吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ４３、スロットルバルブ（吸気絞り弁）６２が配設されている。上記エアフローメータ４３は、エアクリーナ６５を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力するようになっている。
【００３９】
排気系７は、シリンダヘッド１５に形成された排気ポート７１に接続される排気マニホールド７２を備え、この排気マニホールド７２に対して、排気通路を構成する排気管７３，７４が接続されている。また、この排気通路には、ＮＯｘ吸蔵触媒（ＮＳＲ触媒：ＮＯｘ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ触媒）７５及びＤＰＮＲ触媒（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ触媒）７６を備えたマニバータ（排気浄化装置）７７が配設されている。以下、これらＮＳＲ触媒７５及びＤＰＮＲ触媒７６について説明する。
【００４０】
ＮＳＲ触媒７５は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を担体とし、この担体上に例えばカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）のようなアルカリ土類、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）のような希土類と、白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持された構成となっている。
【００４１】
このＮＳＲ触媒７５は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、且つ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ2若しくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ2やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによって更に還元されてＮ2となる。また、ＨＣやＣＯは、ＮＯ2やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ2ＯやＣＯ2となる。即ち、ＮＳＲ触媒７５に導入される排気中の酸素濃度やＨＣ成分を適宜調整することにより、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化することができるようになっている。本実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やＨＣ成分の調整を上記燃料添加弁２６からの燃料添加動作によって行うことが可能となっている。
【００４２】
一方、ＤＰＮＲ触媒７６は、例えば多孔質セラミック構造体にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持させたものであり、排気ガス中のＰＭは多孔質の壁を通過する際に捕集される。また、排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると、吸蔵したＮＯｘは還元・放出される。更に、ＤＰＮＲ触媒７６には、捕集したＰＭを酸化・燃焼する触媒（例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒）が担持されている。
【００４３】
ここで、ディーゼルエンジンの燃焼室３及びその周辺部の構成について、図２を用いて説明する。この図２に示すように、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック１１には、各気筒（４気筒）毎に円筒状のシリンダボア１２が形成されており、各シリンダボア１２の内部にはピストン１３が上下方向に摺動可能に収容されている。
【００４４】
ピストン１３の頂面１３ａの上側には上記燃焼室３が形成されている。つまり、この燃焼室３は、シリンダブロック１１の上部にガスケット１４を介して取り付けられたシリンダヘッド１５の下面と、シリンダボア１２の内壁面と、ピストン１３の頂面１３ａとにより区画形成されている。そして、ピストン１３の頂面１３ａの略中央部には、キャビティ（凹陥部）１３ｂが凹設されており、このキャビティ１３ｂも燃焼室３の一部を構成している。
【００４５】
尚、このキャビティ１３ｂの形状としては、その中央部分（シリンダ中心線Ｐ上）では凹陥寸法が小さく、外周側に向かうに従って凹陥寸法が大きくなっている。つまり、図２に示すようにピストン１３が圧縮上死点付近にある際、このキャビティ１３ｂによって形成される燃焼室３としては、中央部分では比較的容積の小さい狭小空間とされ、外周側に向かって次第に空間が拡大される（拡大空間とされる）構成となっている。
【００４６】
上記ピストン１３は、コネクティングロッド１８の小端部１８ａがピストンピン１３ｃにより連結されており、このコネクティングロッド１８の大端部はエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。これにより、シリンダボア１２内でのピストン１３の往復移動がコネクティングロッド１８を介してクランクシャフトに伝達され、このクランクシャフトが回転することでエンジン出力が得られるようになっている。また、燃焼室３に向けてグロープラグ１９が配設されている。このグロープラグ１９は、エンジン１の始動直前に電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置として機能する。
【００４７】
上記シリンダヘッド１５には、燃焼室３へ空気を導入する吸気ポート１５ａと、燃焼室３から排気ガスを排出する上記排気ポート７１とがそれぞれ形成されていると共に、吸気ポート１５ａを開閉する吸気バルブ１６及び排気ポート７１を開閉する排気バルブ１７が配設されている。これら吸気バルブ１６及び排気バルブ１７はシリンダ中心線Ｐを挟んで対向配置されている。つまり、本エンジン１はクロスフロータイプとして構成されている。また、シリンダヘッド１５には、燃焼室３の内部へ直接的に燃料を噴射する上記インジェクタ２３が取り付けられている。このインジェクタ２３は、シリンダ中心線Ｐに沿う起立姿勢で燃焼室３の略中央上部に配設されており、上記コモンレール２２から導入される燃料を燃焼室３に向けて所定のタイミングで噴射するようになっている。
【００４８】
更に、図１に示す如く、このエンジン１には、過給機（ターボチャージャ）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５１を介して連結されたタービンホイール５２及びコンプレッサホイール５３を備えている。コンプレッサホイール５３は吸気管６４の内部に臨んで配置され、タービンホイール５２は排気管７３の内部に臨んで配置されている。このためターボチャージャ５は、タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサホイール５３を回転させ、吸気圧を高めるといった所謂過給動作を行うようになっている。本実施形態におけるターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５２側に可変ノズルベーン機構（図示省略）が設けられており、この可変ノズルベーン機構の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。
【００４９】
吸気系６の吸気管６４には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。このインタークーラ６１よりも更に下流側に設けられた上記スロットルバルブ６２は、その開度を無段階に調整することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有している。
【００５０】
また、エンジン１には、吸気系６と排気系７とを接続する排気還流通路（ＥＧＲ通路）８が設けられている。このＥＧＲ通路８は、排気の一部を適宜吸気系６に還流させて燃焼室３へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させるものである。また、このＥＧＲ通路８には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調整することができるＥＧＲバルブ８１と、ＥＧＲ通路８を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ８２とが設けられている。これらＥＧＲ通路８、ＥＧＲバルブ８１、ＥＧＲクーラ８２等によってＥＧＲ装置（排気還流装置）が構成されている。
【００５１】
−センサ類−
エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。
【００５２】
例えば、上記エアフローメータ４３は、吸気系６内のスロットルバルブ６２の上流において吸入空気の流量（吸入空気量）に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ４９は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ４８は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。Ａ／Ｆ（空燃比）センサ４４は、排気系７のマニバータ７７の下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ４５は、同じく排気系７のマニバータ７７の下流において排気ガスの温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ４１はコモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ４２はスロットルバルブ６２の開度を検出する。
【００５３】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図３に示すように、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３及びバックアップＲＡＭ１０４などを備えている。ＲＯＭ１０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。バックアップＲＡＭ１０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
【００５４】
以上のＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３及びバックアップＲＡＭ１０４は、バス１０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース１０５及び出力インターフェース１０６と接続されている。
【００５５】
入力インターフェース１０５には、上記レール圧センサ４１、スロットル開度センサ４２、エアフローメータ４３、Ａ／Ｆセンサ４４、排気温センサ４５、吸気圧センサ４８、吸気温センサ４９が接続されている。更に、この入力インターフェース１０５には、エンジン１の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ４６、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ４７、及び、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力するクランクポジションセンサ４０、図示しない燃料タンク内に貯留されている燃料の液面を検出するための液面センサ（燃料量検出手段）４Ａなどが接続されている。一方、出力インターフェース１０６には、上記インジェクタ２３、燃料添加弁２６、スロットルバルブ６２、及び、ＥＧＲバルブ８１などが接続されている。
【００５６】
そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力に基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。例えば、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２３の燃料噴射制御として、パイロット噴射（副噴射）とメイン噴射（主噴射）とを実行する。
【００５７】
上記パイロット噴射は、インジェクタ２３からのメイン噴射に先立ち、予め少量の燃料を噴射する噴射動作である。また、このパイロット噴射は、メイン噴射による燃料の着火遅れを抑制し、安定した拡散燃焼に導くための噴射動作であって、副噴射とも呼ばれる。また、本実施形態におけるパイロット噴射は、上述したメイン噴射による初期燃焼速度を抑制する機能ばかりでなく、気筒内温度を高める予熱機能をも有するものとなっている。つまり、このパイロット噴射の実行後、燃料噴射を一旦中断し、メイン噴射が開始されるまでの間に圧縮ガス温度（気筒内温度）を十分に高めて燃料の自着火温度に到達させるようにし、これによってメイン噴射で噴射される燃料の着火性を良好に確保するようにしている。
【００５８】
具体的には、噴霧の分配や局所濃度の適正化を図るために、パイロット噴射の１回当たりの噴射量をインジェクタ２３の最小限界噴射量（例えば１．５ｍｍ3）とし、噴射回数を設定することで必要な総パイロット噴射量を確保するようにしている。このようにして分割噴射されるパイロット噴射のインターバルは、インジェクタ２３の応答性（開閉動作の速さ）によって決定される。このインターバルは、例えば２００μｓに設定される。また、パイロット噴射の噴射開始タイミングとしては、例えばクランク角度で、ピストン１３の圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）８０°以降に設定される。尚、パイロット噴射の１回当たりの噴射量や、インターバル、噴射開始タイミングとしては、上記値に限定されるものではない。
【００５９】
上記メイン噴射は、エンジン１のトルク発生のための噴射動作（トルク発生用燃料の供給動作）である。本実施形態では、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じて決定される要求トルクを得るための噴射量によってメイン噴射が行われる。
【００６０】
尚、上述したパイロット噴射及びメイン噴射の他に、アフタ噴射やポスト噴射が必要に応じて行われる。このアフタ噴射は、排気ガス温度を上昇させるための噴射動作である。具体的に、本実施形態では、このアフタ噴射により供給された燃料の燃焼エネルギがエンジンのトルクに変換されることなく、その大部分が排気の熱エネルギとして得られるタイミングでアフタ噴射を実行するようにしている。また、ポスト噴射は、排気系７に燃料を直接的に導入して上記マニバータ７７の昇温を図るための噴射動作である。例えば、ＤＰＮＲ触媒７６に捕集されているＰＭの堆積量が所定量を超えた場合（例えばマニバータ７７の前後の差圧を検出することにより検知）、ポスト噴射が実行されるようになっている。
【００６１】
−燃料噴射圧−
上記メイン燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール２２の内圧により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール２２からインジェクタ２３へ供給される燃料圧力の目標値、即ち目標レール圧は、エンジン負荷（機関負荷）が高くなるほど、及び、エンジン回転数（機関回転数）が高くなるほど高いものとされる。即ち、エンジン負荷が高い場合には燃焼室３内に吸入される空気量が多いため、インジェクタ２３から燃焼室３内に向けて多量の燃料を噴射しなければならず、よってインジェクタ２３からの噴射圧力を高いものとする必要がある。また、エンジン回転数が高い場合には噴射可能な期間が短いため、単位時間当たりに噴射される燃料量を多くしなければならず、よってインジェクタ２３からの噴射圧力を高いものとする必要がある。このように、目標レール圧は一般にエンジン負荷及びエンジン回転数に基づいて設定される。この燃料圧力の目標値を設定するための具体的な手法については後述する。
【００６２】
上記パイロット噴射やメイン噴射などの燃料噴射パラメータについて、その最適値はエンジン１や吸入空気等の温度条件によって異なるものとなる。
【００６３】
例えば、上記ＥＣＵ１００は、コモンレール圧がエンジン運転状態に基づいて設定される目標レール圧と等しくなるように、即ち燃料噴射圧が目標噴射圧と一致するように、サプライポンプ２１の燃料吐出量を調量する。また、ＥＣＵ１００はエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量及び燃料噴射形態を決定する。具体的には、ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいてエンジン回転速度を算出するとともに、アクセル開度センサ４７の検出値に基づいてアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を求め、このエンジン回転速度及びアクセル開度に基づいてメイン噴射での燃料噴射量を決定する。
【００６４】
−目標燃料圧力の設定−
次に、上記目標燃料圧力の設定手法について説明する。ディーゼルエンジン１においては、ＮＯｘ発生量やスモーク発生量を削減することによる排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立することが重要である。これら要求を連立するための手法として、燃焼行程時における気筒内での熱発生率の変化状態（熱発生率波形で表される変化状態）を適切にコントロールすることが有効である。
【００６５】
図４の上段に示す波形のうちの実線は、横軸をクランク角度、縦軸を熱発生率とし、パイロット噴射及びメイン噴射で噴射された燃料の燃焼に係る理想的な熱発生率波形を示している。図中のＴＤＣはピストン１３の圧縮上死点に対応したクランク角度位置を示している。また、図４の下段に示す波形は、インジェクタ２３から噴射される燃料の噴射率（クランク軸の単位回転角度当たりの燃料噴射量）波形を示している。
【００６６】
上記熱発生率波形としては、例えば、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）からメイン噴射で噴射された燃料の燃焼が開始され、ピストン１３の圧縮上死点後の所定ピストン位置（例えば、圧縮上死点後１０度（ＡＴＤＣ１０°）の時点）で熱発生率が極大値（ピーク値）に達し、更に、圧縮上死点後の所定ピストン位置（例えば、圧縮上死点後２５度（ＡＴＤＣ２５°）の時点）で上記メイン噴射において噴射された燃料の燃焼が終了するようになっている。このような熱発生率の変化状態で混合気の燃焼を行わせるようにすれば、例えば圧縮上死点後１０度（ＡＴＤＣ１０°）の時点で気筒内の混合気のうちの５０％が燃焼を完了した状況となる。つまり、圧縮上死点後１０度（ＡＴＤＣ１０°）の時点が燃焼重心となって、燃焼行程における総熱発生量の約５０％がＡＴＤＣ１０°までに発生し、高い熱効率でエンジン１を運転させることが可能となる。
【００６７】
また、この燃焼重心に到達した時点でのクランク角度と燃料噴射率波形との関係としては、インジェクタ２３に対して燃料噴射停止信号を送信した時点から燃料噴射が完全に停止するまでの期間（図４における期間Ｔ１）に燃焼重心が位置することになる。
【００６８】
尚、上記パイロット噴射で噴射された燃料の燃焼ではピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）において１０［Ｊ／°ＣＡ］の熱発生率となっており、これにより、メイン噴射で噴射された燃料の安定した燃焼（予混合燃焼及び拡散燃焼）が実現されることになる。この値は、これに限定されるものではなく。例えば、メイン噴射での燃料噴射量に応じて適宜設定される。
【００６９】
このような理想的な熱発生率波形による燃焼が行われる状況にあっては、パイロット噴射によって気筒内の予熱が十分に行われ、この予熱により、メイン噴射で噴射された燃料は、直ちに自着火温度以上の温度環境下に晒されて熱分解が進み、噴射後は直ちに燃焼が開始されることになる。
【００７０】
また、図４に二点鎖線αで示す波形は、燃料噴射圧力が、適正値よりも高く設定された場合の熱発生率波形であり、燃焼速度及び熱発生率のピーク値が共に高くなりすぎており、燃焼音の増大やＮＯｘ発生量の増加が懸念される状態である。一方、図４に二点鎖線βで示す波形は、燃料噴射圧力が、適正値よりも低く設定された場合の熱発生率波形であり、燃焼速度が低く且つ熱発生率のピークの現れるタイミングが大きく遅角側に移行していることで十分なエンジントルクが確保できないことが懸念される状態である。
【００７１】
−燃料性状判定−
次に、本発明の特徴である燃料性状判定動作について説明する。この燃料性状判定動作は、エンジン１が現在使用している燃料（軽油）、つまり、燃料タンクに貯留されている燃料の性状、特にセタン価を判定し、その燃料性状が標準的なもの（例えばセタン価が「５０」程度のもの）に対して着火性が劣悪なもの（セタン価が小さいもの）であるか否かを判定する動作である。
【００７２】
先ず、この燃料性状判定動作の技術的思想について述べる。標準的な性状の燃料が使用されている場合、燃料のセタン価が十分に高く、燃焼室３内での低温酸化反応が良好に行われる。つまり、仮に、車両加速要求等の過渡時に、上記ターボチャージャ５による過給遅れが原因で筒内圧力の不足を招いたとしても、また、車両減速等の過渡時に、上記ＥＧＲバルブ８１の閉弁方向の動作遅れが原因で気筒内酸素濃度の不足を招いたとしても、予混合燃焼の着火性の悪化は殆ど無く、比較的早期に着火され、予混合燃焼の着火遅れ量は少ないものとなる。そのため、この予混合燃焼による筒内の予熱が十分に行え、メイン噴射で噴射された燃料の良好な拡散燃焼が実現されることになる。
【００７３】
一方、標準的な燃料よりも性状が劣悪な燃料（低セタン価燃料）が使用されている場合、燃料のセタン価が十分に得られておらず、燃焼室３内での低温酸化反応も不十分となる。つまり、上述した過渡時にあっては、予混合燃焼の着火遅れ量が大きくなり、その後に行われるべき拡散燃焼に対して悪影響を及ぼすことで、失火を招いてしまう可能性がある。この失火の発生原因は、予混合燃焼の着火遅れに伴って「噴霧干渉冷却」が発生しているためであると考えられる。この「噴霧干渉冷却」とは、先行して噴射された燃料の噴霧が、後続して噴射された燃料の吸熱反応によって冷却される現象であって、これにより燃焼室内温度が低く抑えられ、着火が遅れる現象である。
【００７４】
このように予混合燃焼の着火遅れ量が大きくなる燃焼形態では、燃焼室３内での適正な燃焼が行われないため、排気エミッションの悪化やエンジンのトルク不足等といった不具合を招くことになってしまう。このため、この予混合燃焼の着火遅れ量を左右する燃料性状を高い精度で認識（標準的な性状の燃料であるか否かを判定）し、その結果に応じた制御を実施する必要がある。
【００７５】
この燃料性状判定動作としては、複数の気筒（２つ以上の気筒）のそれぞれにおいて周期的な失火現象が発生しているか否かを判定し、この周期的な失火現象が発生している場合には、燃料性状が標準的な燃料よりも劣悪な（着火性が劣悪な）低セタン価燃料であると判定する（失火認識手段による失火の認識動作、及び、燃料性状判定手段による燃料性状判定動作）。
【００７６】
具体的には、上記クランクポジションセンサ４０の検出信号から、各気筒それぞれの燃焼行程時における回転変動に基づいて失火の有無を判定する。例えば、各気筒の圧縮上死点を基準とし、その基準とするクランク角（０°ＣＡ）から遅角側に１２０°ＣＡだけ回転するのに要する時間を計測し、その時間が所定時間よりも長い場合には、その際に燃焼行程を迎えていた気筒において失火が発生していると判定するようにしている。
【００７７】
また、上記クランクポジションセンサ４０の検出信号から、各気筒それぞれの燃焼行程の開始前後における所定期間でのクランクシャフトの角加速度（例えばＢＴＤＣ３０°からＡＴＤＣ９０°の期間でのクランクシャフトの角加速度の変化）を求め、その角加速度の変化に基づいて失火の有無を判定するようにしてもよい。つまり、正常な燃焼行程が実行されておれば、その燃焼行程において角加速度は上昇するはずであるのに対し、実際には燃焼行程において角加速度が減少している場合には、その際に燃焼行程を迎えていた気筒において失火が発生していると判定する。尚、上記各期間の値はこれに限定されるものではなく、適宜設定される。
【００７８】
このようにして、各気筒それぞれの燃焼行程時の失火の有無を判定し、少なくとも２つの気筒において周期的な失火現象が発生している場合（各気筒のそれぞれにおいて周期的な失火現象が発生している場合）には、燃料性状が悪化している、つまり、低セタン価燃料が使用されていると判定するようにしている。
【００７９】
例えば、上記ＲＡＭ１０３に各気筒毎の失火発生メモリを格納しておき、各気筒それぞれの燃焼行程が実行される度に、正常燃焼が行われた場合には正常データを、失火が発生した場合には失火データをそれぞれ書き込んでいく。そして、所定回数（例えば１０回）の燃焼行程が行われる度に、これらデータを読み出し、各気筒それぞれにおいて周期的な失火現象が発生しているか否かを判定するようにしている。
【００８０】
低セタン価燃料を使用した場合に上記の現象（少なくとも２つの気筒における周期的な失火現象）が発生する理由について以下に説明する。
【００８１】
低セタン価燃料を使用している場合、加速時や減速時などの過渡運転時には、燃焼室３内の圧力不足や酸素濃度不足等が原因で、予混合燃焼の着火遅れが次第に大きくなっていき、この着火遅れ量が所定量を超えた時点では、上述した如く、その後に行われるべき拡散燃焼に対して悪影響を及ぼすことで失火を招いてしまう。
【００８２】
このようにして失火が発生すると、その燃焼行程（実際には燃焼が行われていない）においてインジェクタ２３から噴射された燃料が気筒内に残留することになる。この残留燃料の中には低温酸化反応が良好に行える成分であるセタン（ｎ−セタン（Ｃ16Ｈ34））が含まれている。つまり、次回の同一気筒（失火が発生した気筒）の燃焼行程にあっては、残留燃料（残留するセタンを含む燃料）に対して更に燃料（セタンを含む燃料）が供給されることになり、この際の燃焼室３内でのセタン量が増量された状態となる。即ち、通常の燃焼行程（燃焼行程において失火が発生しなかった場合の燃焼行程）でのセタン量に対して、多量のセタンが存在した状態での燃焼行程となる。このため、この燃焼行程（前回の燃焼行程において失火が発生していた今回の燃焼行程）では、低温酸化反応が急速に進み、着火遅れ量が小さい状態で予混合燃焼が行われることになる。この予混合燃焼によって筒内の予熱が十分に行われるため、その後の拡散燃焼も良好に行われることになる。この場合の熱発生率の極大値（ピーク値）としては、通常の燃焼行程（前回の燃焼行程において失火が発生しなかった場合の今回の燃焼行程）での極大値よりも同等以上になる傾向となる。
【００８３】
その後、過渡運転が継続されると、複数回の燃焼行程を迎えた後に、再び、燃焼室３内の圧力不足や酸素濃度不足等を原因とする失火が発生する。例えば同一気筒での３回の燃焼行程が良好に行われた（失火することなしに燃焼行程が完了した）後、その同一気筒での次のサイクルの燃焼行程では、上述の場合と同様にして失火が発生することになる。
【００８４】
このようにして、低セタン価燃料を使用している場合の過渡運転時には、所定の周期で失火現象が発生し、このような現象が複数の気筒で発生することになる。例えば、全ての気筒において、上記現象（周期的な失火現象）が発生することになる。
【００８５】
図５（ａ）〜（ｊ）は、低セタン価燃料を使用している場合における一つの気筒（例えば第１番気筒）において繰り返される燃焼行程での熱発生率（メイン噴射での熱発生率）の推移を示す波形図である。この図５に示すように、正常な燃焼行程（失火することのない燃焼行程）が３回行われた後に１回の失火（失火が発生した燃焼行程）が発生するといった周期で、各燃焼行程が行われている。
【００８６】
具体的に図５を用いて説明すると、この図５（ａ）〜（ｃ）では正常な燃焼行程（失火することのない燃焼行程）が行われている。但し、図５（ａ）の燃焼行程から図５（ｃ）の燃焼行程に移っていくに従って、着火遅れ量は次第に大きくなっていき、且つ熱発生率のピーク値は次第に小さくなっていく。そして、図５（ｄ）では着火遅れ量が過剰となることに伴って失火が発生している。
【００８７】
この失火発生後の燃焼行程（次のサイクルの燃焼行程）である図５（ｅ）では、上記残留セタンの影響により、着火遅れ量は小さく、且つ熱発生率のピーク値は大きな燃焼となる。そして、図５（ｆ）の燃焼行程及び図５（ｇ）の燃焼行程に移っていくに従って、再び着火遅れ量が次第に大きくなっていき、且つ熱発生率のピーク値は次第に小さくなっていく。そして、図５（ｈ）では再び失火が発生している。
【００８８】
このような周期的な失火現象が、低セタン価燃料を使用している場合には複数の気筒それぞれで発生している。本実施形態では、この周期的な失火の発生を、上述した燃焼行程時におけるクランクシャフトの回転変動や角加速度に基づいて検知するようにしている。
【００８９】
このような周期的な失火現象が複数気筒で発生していることを検出した場合に、本実施形態では、燃料性状が標準的な燃料よりも劣悪な（着火性が劣化した）低セタン価燃料が使用されていると判定する。
【００９０】
尚、各気筒での失火現象の発生の周期としては、互いに一致するとは限らない。例えば、ある気筒では、正常な燃焼行程（失火することのない燃焼行程）が３回行われた後に１回の失火（失火が発生した燃焼行程）が発生するといった周期（図５に示した周期）となり、他の気筒では、正常な燃焼行程が４回行われた後に１回の失火が発生するといった周期となる場合もある。
【００９１】
−パイロット噴射時期の補正動作−
上述の如く低セタン価燃料が使用されている場合には、燃焼室３内での適正な燃焼が行われないため、排気エミッションの悪化や、エンジン１のトルク不足等といった不具合を招くことになってしまう。
【００９２】
その対策の一つとして、本実施形態では、上記パイロット噴射の噴射時期を補正するようにしている。具体的には、低セタン価燃料が使用されていると判定された場合には、上記パイロット噴射の噴射時期を進角側に補正するようにしている。例えば、パイロット噴射の噴射時期を、クランク角度で、ピストン１３の圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）３０°まで進角させる。この値はこれに限定されるものではなく、実験やシミュレーションによって適宜設定される（燃料噴射制御手段による失火解消燃料噴射動作）。また、上記メイン噴射の噴射時期については、進角させることなく維持する。
【００９３】
これにより、パイロット噴射の噴射時期とメイン噴射の噴射時期との間のインターバルが拡大することになる。その結果、仮に燃焼室３内の圧力不足や酸素濃度不足等が生じていて、予混合燃焼が適正に行われなかったとしても、メイン噴射での燃焼に与える影響は小さく、このメイン噴射で噴射された燃料の予混合燃焼及び拡散燃焼が確実に行われることになる。また、このパイロット噴射の噴射時期の適正化により、拡散燃焼の熱発生率波形における上記燃焼重心位置の適正化を図ることもできる。例えば、上述した如く、燃焼重心位置を圧縮上死点後１０度（ＡＴＤＣ１０°）の時点とする理想的な熱発生率波形での燃焼が実現可能となる。その結果、排気エミッションの改善及びエンジントルクの十分な確保を図ることができる。
【００９４】
上述した如く、本実施形態では、周期的な失火現象が複数気筒それぞれで発生していることを検出した場合に、低セタン価燃料が使用されていると判定するようにしている。このため、単一の気筒のみにおいて周期的な失火現象が発生している場合には、低セタン価燃料が使用されているとは判定せず、吸気系６または燃料供給系２の故障であると判断してフェールセーフ動作を実行する。
【００９５】
具体的には、先ず、吸気系６の構成機器であるＥＧＲバルブ８１、ターボチャージャ５、エアフローメータ４３に対して周知の故障診断動作を行い、何れかの機器に故障が生じている場合には吸気系フェールセーフ動作を実行する。一方、これら機器が何れも正常であった場合には、燃料供給系２の故障であると判断し、燃料供給系フェールセーフ動作を実行することになる。これらフェールセーフ動作は、実験やシミュレーションによって予め規定されている。
【００９６】
また、本実施形態では、上述の如く低セタン価燃料が使用されていると判定されてパイロット噴射の噴射時期が進角側に補正された場合、その燃料（低セタン価燃料）が使用されている期間中は、パイロット噴射の噴射時期補正を継続するようにしている。以下、具体的に説明する。
【００９７】
上述の如く低セタン価燃料が使用されていると判定されてパイロット噴射の噴射時期が進角側に補正された後には、上記燃料タンク内の燃料の液面を検出する液面センサ４Ａからの出力によって燃料液面の上昇、つまり、燃料タンクへの給油が行われない限り、上記パイロット噴射の噴射時期補正状態を継続する。これは、給油が行われない限り、現在の燃料（低セタン価燃料）が継続使用されていることになるので、パイロット噴射の噴射時期補正を継続して、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼を確実に行わせるためである。また、この期間中（液面センサ４Ａによって燃料液面の上昇が検出されるまでの期間中）は、上記燃料性状判定動作も実行しない。
【００９８】
以下、燃料タンクへの給油に伴うパイロット噴射の噴射時期補正解消動作の手順について図６のフローチャートに沿って説明する。この図６に示すフローチャートは、低セタン価燃料が使用されていると判定されてパイロット噴射の噴射時期が進角側に補正された際にエントリーされる。
【００９９】
先ず、低セタン価燃料が使用されていると判定されてパイロット噴射の噴射時期が進角側に補正された状態において、ステップＳＴ１では、上記液面センサ４Ａからの出力信号を受信する。そして、ステップＳＴ２では、この液面センサ４Ａからの出力信号に基づき、燃料タンク内の燃料量が増量したか否か（前回検出した燃料量に対して増量したか否か）、つまり、給油が行われたか否かを判定する。また、このステップＳＴ２では、給油が行われた後に、燃料タンクからインジェクタ２３に亘る燃料供給経路の配管内の旧燃料（給油される以前から残存している燃料）の全てが消費（インジェクタ２３から噴射）されたか否かを判定する。この判定は、各配管の内径及び長さ、コモンレール２２の容量、給油が行われた後の各インジェクタ２３からの燃料噴射量の積算値等に基づいて行われる。
【０１００】
燃料タンク内の燃料量が増量しておらず、つまり、前回検出した液面と同等または前回検出した液面よりも低い液面となっている場合にはステップＳＴ２でＮＯ判定され、ステップＳＴ３において、パイロット噴射の噴射時期補正を維持し、本ルーチンを終了する。つまり、パイロット噴射の噴射時期補正（進角側への補正）を継続する。
【０１０１】
一方、燃料タンク内の燃料量が所定量以上増量し且つ配管内に残存していた旧燃料の全てが消費された場合、つまり、前回検出した液面に対して液面が所定量以上高くなり（例えば燃料タンク内での液面が５０ｍｍ以上上昇した場合）、且つ燃料供給系の全体に新たな燃料が満たされた場合にはステップＳＴ２でＹＥＳ判定され、ステップＳＴ４に移って、上記低セタン価燃料が使用されていることの判定を解除する。このようにして低セタン価燃料が使用されていることの判定を解除すると、パイロット噴射の噴射時期補正も解除されることになる。
【０１０２】
このようにして判定解除動作が行われた場合、燃料タンク内に新たに給油された燃料が低セタン価燃料であるか否かの判定を行うための上記燃料性状判定動作を再度実行することになる（ステップＳＴ５）。そして、再び、周期的な失火現象が複数気筒それぞれで発生していることが検出された場合には、低セタン価燃料が給油されたとして、パイロット噴射の噴射時期を進角側に補正することになる。
【０１０３】
以上説明したように、本実施形態では、使用している燃料の性状が標準的な燃料よりも劣悪なもの（着火性が劣悪なもの）であるか否かを判定し、その判定結果に従ってパイロット噴射の噴射時期を調整するようにしている。このため、エンジン１の過渡運転時（加速時や減速時）であっても燃焼室３内での拡散燃焼が良好に行われ、排気エミッションの改善及びエンジントルクの十分な確保を図ることができる。
【０１０４】
また、本実施形態では、クランクポジションセンサ４０の検出信号に基づいて周期的な失火現象が発生しているか否かを判定するようにしている。つまり、このクランクポジションセンサ４０の検出信号に基づいて燃料性状を判定するようにしている。このため、燃料性状を判定するための特別なセンサを必要とすることがなく、コストの高騰を招くことがない。
【０１０５】
（変形例１）
上述した実施形態では、複数の気筒（２つ以上の気筒）のそれぞれにおいて周期的な失火現象が発生しているか否かを判定し、この周期的な失火現象が発生している場合には、燃料性状が標準的な燃料よりも劣悪な（着火性が劣悪な）低セタン価燃料であると判定するようにしていた。本変形例では、この条件（上記周期的な失火現象の発生）と、この条件とは異なる条件（以下、第２の条件と呼ぶ）との両方が成立した場合に、燃料性状が標準的な燃料よりも劣悪な低セタン価燃料であると判定するようにしている。
【０１０６】
上記第２の条件としては以下のものが挙げられる。つまり、「上記失火現象を伴う燃焼行程が周期的に現れた気筒において、失火現象を伴う燃焼行程の次のサイクルの燃焼行程における熱発生率のピーク値が、失火現象を伴わない燃焼行程の次のサイクルの燃焼行程における熱発生率のピーク値よりも同等以上となっていること」である。
【０１０７】
上述した如く、燃料性状が劣悪であることが原因で失火が発生した場合、残留するセタン（ｎ−セタン（Ｃ16Ｈ34））の影響によって、次回の同一気筒（失火が発生した気筒）の燃焼行程にあっては、低温酸化反応が急速に進み、着火遅れ量が小さい状態で予混合燃焼が行われることになる。この予混合燃焼によって筒内の予熱が十分に行われるため、その後の拡散燃焼も良好に行われることになる。この場合の熱発生率の極大値（ピーク値）としては、通常の燃焼行程（前回の燃焼行程において失火が発生しなかった場合の今回の燃焼行程）での極大値よりも同等以上になる傾向となる（図５（ｅ）や図５（ｉ）に示す熱発生率波形を参照）。
【０１０８】
このような傾向は低セタン燃料を使用した場合に特有に現れる現象であるため、これを第２の条件として燃料性状の判定動作を行うようにしている。
【０１０９】
尚、この熱発生率のピーク値の検出は、筒内圧力を検出可能な筒内圧センサを各気筒に備えさせ、その圧力検出信号に基づいて行うことが可能である。また、上記クランクポジションセンサ４０の検出信号に基づいてエンジン回転速度の変動を認識し、このエンジン回転速度の上昇量に基づいて熱発生率のピーク値を推定するようにしてもよい。更には、エンジン１の各種制御量（燃料噴射量、燃料噴射タイミング、過給圧力、ＥＧＲ量等）から熱発生率のピーク値を推定するためのマップを上記ＲＯＭ１０２に予め記憶させておき、上記周期的な失火現象が発生した時点での各種制御量を上記マップに当て嵌めることで熱発生率のピーク値を求めるようにしてもよい。
【０１１０】
このように本変形例では、２つの条件に基づいて燃料性状を判定するようにしているため、燃料性状判定の信頼性をよりいっそう高めることができる。
【０１１１】
（変形例２）
上述した実施形態及び変形例１では、燃料性状が標準的な燃料よりも劣悪な（着火性が劣悪な）低セタン価燃料であると判定された場合には、パイロット噴射の噴射時期を進角させるようにしていた。
【０１１２】
本変形例では、このパイロット噴射の噴射時期の進角に併せて、メイン噴射の噴射時期も進角させるようにしている。これら両者の進角量は同一であってもよいし、パイロット噴射の噴射時期の進角量の方を大きく設定するようにしてもよい。
【０１１３】
また、パイロット噴射の噴射時期の進角に併せて、このパイロット噴射を複数回のパイロット噴射により実行するようにしてもよい。
【０１１４】
（変形例３）
本変形例では、上記周期的に現れる失火現象を解消するための失火解消燃料噴射動作として、パイロット噴射の噴射量を増量補正するようにしている。例えば、燃料性状が標準的な燃料よりも劣悪な（着火性が劣悪な）低セタン価燃料であると判定される度にパイロット噴射の噴射量を１０％ずつ同量していくことが挙げられる。
【０１１５】
本変形例の制御は、単独で行ってもよいし、上述した実施形態や各変形例における噴射時期の補正動作と併せて行ってもよい。
【０１１６】
（変形例４）
本変形例は、上述した噴射時期の補正動作やパイロット噴射の噴射量を徐変させるものである。つまり、燃料タンクに新たな燃料が給油されない状況において、上記周期的な失火現象が複数気筒それぞれで発生していることが検出される度に、噴射時期を徐々に進角させていくものである。または、パイロット噴射の噴射量を徐々に増量させていくものである。この噴射時期の徐変動作は、上述した実施形態及び変形例２の何れにも適用可能である。また、パイロット噴射を２回のパイロット噴射により実行する場合には、周期的な失火現象が複数気筒それぞれで発生していることが検出される度に、パイロット噴射の噴射時期を進角させていくと共に第２回目のパイロット噴射での噴射量を増量していく。
【０１１７】
また、この噴射時期の徐変量やパイロット噴射の噴射量の徐変量を可変とすることもできる。例えば、周期的な失火現象が発生している気筒数が多いほど噴射時期の進角量やパイロット噴射の噴射量の徐変量を大きく設定するものである。これによれば、噴射時期の進角量を早期に適正量に設定したり、パイロット噴射の噴射量を早期に適正量に設定することができ、上記周期的な失火現象を早期に解消することが可能になる。
【０１１８】
（変形例５）
上述した実施形態では、低セタン価燃料が使用されていると判定されてパイロット噴射の噴射時期が進角側に補正された後に、燃料タンクへの給油が行われた場合には、低セタン価燃料が使用されていることの判定を解除して、パイロット噴射の噴射時期補正も解除するようにしていた。本変形例では、これに代えて、燃料タンクへの給油が行われた場合であっても、パイロット噴射の噴射時期補正量を徐変させるものである。
【０１１９】
つまり、新たに給油された燃料も低セタン価燃料である可能性があるため、パイロット噴射の噴射時期を遅角側に徐変させながら、燃料性状に適したパイロット噴射の噴射時期を得るようにしたものである。具体的には、燃料タンクへの給油が行われた後、パイロット噴射の噴射時期を遅角側に徐変させていく。そして、上記周期的な失火現象が複数気筒それぞれで発生し始めた場合には、その失火現象が発生していなかった噴射時期まで進角させ、パイロット噴射をその噴射時期で保持する。
【０１２０】
尚、上記説明では、パイロット噴射の噴射時期を徐変させる場合について説明したが、メイン噴射の噴射時期やパイロット噴射の噴射量を徐変させる場合にも同様に適用が可能である。つまり、燃料タンクへの給油が行われた後、メイン噴射の噴射時期を遅角側に徐変させていき、上記周期的な失火現象が複数気筒それぞれで発生し始めた場合には、その失火現象が発生していなかった噴射時期まで進角させ、メイン噴射をその噴射時期で保持する。また、燃料タンクへの給油が行われた後、パイロット噴射の噴射量を減量側に徐変させていく。そして、上記周期的な失火現象が複数気筒それぞれで発生し始めた場合には、その失火現象が発生していなかった噴射量まで増量させてパイロット噴射量を保持する。
【０１２１】
−他の実施形態−
以上説明した実施形態は、コモンレール式筒内直噴型多気筒（４気筒）ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、例えば６気筒ディーゼルエンジンなど他の任意の気筒数のディーゼルエンジンにも適用可能である。また、本発明が適用可能なエンジンは、自動車用のエンジンに限るものではない。
【０１２２】
また、上記実施形態では、通電期間においてのみ全開の開弁状態となることにより燃料噴射率を変更するピエゾインジェクタ２３を適用したエンジン１について説明したが、本発明は、可変噴射率インジェクタを適用したエンジンへの適用も可能である。
【０１２３】
また、上記実施形態では、クランクポジションセンサ４０の検出信号に基づいて周期的な失火現象が発生しているか否かを検出することにより燃料性状を判定するようにしていた。本発明はこれに限らず、筒内圧力を検出する筒内圧センサを各気筒に備えさせ、その圧力検出信号に基づいて周期的な失火現象が発生しているか否かを認識して、燃料性状を判定するようにしてもよい。
【０１２４】
更に、上記実施形態では、低セタン価燃料を使用していると判定した場合には、パイロット噴射の噴射時期を所定位置まで進角させるようにしていた。本発明はこれに限らず、セタン価の低い燃料であるほどパイロット噴射の噴射時期の進角量を増大させるようにしてもよい。例えば、各気筒において発生する失火現象の周期が短いほど（周期的な失火現象の出現頻度が高いほど）燃料のセタン価が低いと判断し、パイロット噴射の噴射時期の進角量を増大させるものである。例えば、正常な燃焼行程が４回行われた後に１回の失火が発生するといった周期の場合には、パイロット噴射の噴射時期を、クランク角度で、ピストン１３の圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）２５°まで進角させるのに対し、正常な燃焼行程が３回行われた後に１回の失火が発生するといった周期の場合には、パイロット噴射の噴射時期を、クランク角度で、ピストン１３の圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）３０°まで進角させることなどが挙げられる。また、パイロット噴射の噴射時期の補正に限らず、上述した如く、メイン噴射の噴射時期の補正やパイロット噴射での噴射量の補正にも適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明は、自動車に搭載されるコモンレール式筒内直噴型多気筒ディーゼルエンジンにおいて、使用している燃料の性状に応じて燃料噴射形態を適正化する場合に利用することが可能である。
【符号の説明】
【０１２６】
１          エンジン（内燃機関）
２          燃料供給系
３          燃焼室
２３        インジェクタ（燃料噴射弁）
４０        クランクポジションセンサ
４Ａ        液面センサ（燃料量検出手段）
５          ターボチャージャ
６          吸気系
６２        スロットルバルブ
８１        ＥＧＲバルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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